空间拦截器姿态控制系统变结构控制规律研究

结合空间拦截器的姿态控制问题,本文介绍了一种对系统参数摄动和外在不确定性干扰具有鲁棒性的变结构控制律。在此基础上,研究了当控制信号幅值受限的情况下,非线性系统的变结构控制律的设计问题。此方法考虑了空间拦截器姿控发动机推力幅值受限这一实际情况,提出了基于姿态角双包络线概念的实用姿控方法。因此,更符合系统实际的运行情况。仿真结果证明了此方法的有效性。     

反演法在导弹非线性控制系统设计中的应用

反演控制方法是非线性控制领域的一种新方法,可以有效解决系统的非线性、耦合性和不确定性。本文在三维空间六自由度非线性导弹系统模型的基础上设计了俯仰、偏航、滚转三通道控制系统,并针对空气动力学参数的不确定性进行了系统鲁棒性分析。仿真结果表明反演控制是一种非常有效的非线性控制方法,并具有较强的鲁棒性。     

基于反馈线性化的动能拦截器姿态控制研究

动能拦截器进入末制导阶段时经常需要进行大角度姿态机动,这时拦截器姿态控制系统具有非线性、强耦合、多输入多数出(MIMO)的特点。现针对动能拦截器模型的非线性和不确定性,提出PID神经网络自适应逆控制方法对拦截器飞行姿态进行控制。首先基于精确反馈线性化方法将系统解耦成三个独立的子系统,然后应用基于PID神经网络的自适应逆控制方法分别设计每个子系统的姿态控制器。该方法将PID神经网络控制与自适应逆控制相结合,对于拦截器姿态控制系统中的建模误差以及外部干扰具有较强的适应能力。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于Simulink的导弹控制系统参数优化设计

介绍了用Simulink对导弹控制系统进行设计和仿真的步骤和方法。以某导弹俯仰通道控制系统设计为例,应用最优化技术,通过建立被优化系统的数学模型和选择合适的最优化求解方法,利用Simulink Response Optim ization模块对导弹控制系统设计参数进行了优化设计。研究结果表明:设计出的导弹控制系统具有良好的动静态性能,很好地满足了战术技术要求,证明了应用计算机辅助优化设计技术可以在短时间内设计出性能优良的导弹控制系统。     

大气层外拦截器变结构末制导控制方法研究

对大气层外拦截器末制导执行机构是安装在质心位置的4个轨控发动机,根据轨控发动机推力特性研究了一种末制导控制方法。在建立弹目相对运动模型的基础上,设计了基于零化视线角速度的变结构导引律。为抑制抖振,用双曲函数替代符号函数,当运动点远离切换面时趋近速度可显著提高;当运动点离切换面较近时趋近速度能快速减小,采用变速趋近既保证了系统的快速性和鲁棒性,又削弱了由变结构控制的本质不连续性导致的抖振。为避免轨控发动机开关过于频繁,设计了视线转率门限,用视线转率双包络线方法改进变结构末制导控制律。仿真比较了双曲正切控制律和指数趋近律的性能,结果表明:双曲趋近律的拦截器视线角速度、加速度曲线均无明显抖振,加速度相对稳定,弹道较平稳,视线转率门限降低了轨控发动机的开关频率。方法较好地实现了拦截器末制导控制,有效解决了抖振与快速性间的矛盾,改善了系统的动静态特性。     

按降低轨迹灵敏度综合最优设计飞行控制系统

本文提出了一个按降低轨迹灵敏度综合最优设计飞行控制系统的方法。它能使系统具有满意的动态品质,同时对系统参数的变化及非线性产生的影响具有较强的鲁棒性。该设计方法具有通用性和程序化,系统实现简单。     

基于混合灵敏度下H∞控制在三滑块质量矩导弹上的应用

由于质量矩导弹是一个具有非线性和模型不确定性的多变量系统，为了进一步提高控制系统的鲁棒性，对三滑块质量矩导弹进行了鲁棒控制系统的研究。以所建立的质量矩导弹数学模型为基础，通过对模型合理的简化，得到一个耦合的非线性动力学系统，考虑到质量矩导弹的鲁棒性要求和三个滑块的协调控制问题，在混合灵敏度控制的基础上，采用H∞控制理论对导弹进行姿态控制系统的研究，仿真结果验证了这种方法的有效性。     

基于单隐层神经网络的空天飞行器直接自适应轨迹线性化控制

基于轨迹线性化方法（TLC）及神经网络技术研究了一种新的直接自适应TCC控制方案。利用单隐层神经网络（SHLNN）对于光滑非线性函数的逼近能力，对消系统中不确定因素的影响，神经网络自适应律采用Lyapunov方法设计，保证了整个系统所有信号有界。最后利用该方案设计了空天飞行器飞行控制系统，并在高超声速飞行条件下进行了仿真验证，仿真结果表明整个控制系统具有很好的性能和鲁棒性。     

电液仿真转台控制系统设计与仿真研究

针对影响三轴电液仿真转台动、静态性能最大的同步驱动、摩擦和大惯量负载干扰三个问题，采用了模拟人脑基于经验控制的FNN（模糊神经网络）控制器和基于学习校正的PNN（预测神经网络）控制器分别对应转台内环（角速度环）和外环（角度环）反馈系统。FNN同步控制器分为等同和主从同步控制模式，两种模式相互切换，提高了系统同步性能；PNN摩擦干扰控制器采用了基于双网络模型的NARMA（非线性自回归滑动平均）预测模型，具有较强的非线性系统辨识能力，提高了系统抗干扰能力。软件仿真结果表明，当转台外框负载发生变化或外框两马达转速相差较大时，使用PNN—FNN模型的智能控制系统仍具有较高的位置跟踪精度和动态性能。     

一种弹道拦截的HP滑模制导律

为了解决拦截器导引头探测由于高速作战引起的干扰问题,一种新的拦截制导方法HP(Head Pursuit)制导正逐步发展起来,这种导引方法是将拦截器导引到目标轨道的前方进行拦截,要求拦截器的速度低于目标的速度,因此可以消除拦截器的气动加热问题,从而降低对拦截器探测设备的要求.在分析了目标和拦截器的运动学模型的基础上,提出了HP导引律的设计方案.并且根据滑模变结构控制具有鲁棒性的特点,设计了HP滑模变结构制导律,通过拦截器拦截目标弹道数字仿真,验证了制导律的正确性.     

反舰导弹过载控制的随机鲁棒设计方法

基于由蒙特卡罗估计和遗传算法构成的随机鲁棒设计方法和全状态可测量的反舰导弹过载控制模型 ,提出了一种实用有效的随机鲁棒过载控制方法。由于是对直接依据系统鲁棒稳定性和鲁棒性能指标要求建立的随机鲁棒函数进行优化设计 ,所以该方法实质上是一种面向工程应用的综合设计方法。通过对某型反舰导弹的全弹道六自由度非线性时变控制系统的仿真 ,验证了该方法的有效性。     

考虑特征模型的高超声速飞行器全通道自适应控制

针对高超声速飞行器具有强非线性、高不确定性及强耦合等特点,提出一种基于反馈线性化控制与特征模型自适应控制相结合的姿态控制律设计方法,解决姿态控制系统的非线性耦合与不确定性,保证飞行器控制系统稳定。首先,建立高超声速飞行器全通道非线性耦合的动力学模型。其次,利用反馈线性化控制方法将全通道非线性耦合系统解耦成近似线性系统,并对线性解耦系统设计输出反馈控制律;而对于反馈线性化控制依赖于系统的精确数学模型,并对建模误差和外部干扰敏感的问题,设计基于误差特征模型的自适应控制律,提高系统的适应性;针对原动力学模型,证明闭环控制系统是有界稳定的。最后,通过数学仿真校验了控制律设计的正确性与有效性,仿真结果表明设计的姿态控制系统可以很好地跟踪指令,具有较强的鲁棒稳定性。     

基于四元数反馈线性化的飞行器姿态控制方法研究

空间飞行器姿态控制系统是一个非线性多输入多输出系统,其姿控执行机构的布局及工作特性决定了姿态控制的难易程度。针对飞行器以姿控发动机作为姿控执行机构时的大角度姿态运动需求,本文采用单位四元数作为弹体姿态描述,考虑到姿控发动机布局对姿态控制的影响,直接以姿控发动机推力作为系统的控制输入,利用反馈线性化方法,将原非线性系统转化为一个六阶线性子系统和一个一阶内动态子系统。在对内动态分析的基础上,针对线性子系统设计了四元数PD反馈控制律。在转动惯量不确定性以及轨控大干扰力矩存在的情况下,对闭环控制系统进行了大角度姿态运动数字仿真。仿真结果表明,本文所设计的姿控方法能够有效地实现飞行器大角度姿态控制,并对系统参数摄动及外部干扰具有较强的鲁棒性。     

飞行器姿态系统变结构控制的研究

对于具有纯延迟、惯性和由开关控制的非线性飞行器姿态系统，本文提出了采用解耦变结构控制的方法。计算机仿真结果表明，本方法行之有效，具有优良的鲁棒性，设计方法简单和易于实现数字控制等优点     

Advanced reaction wheel controller for attitude control of spacecraft

A design procedure is presented for an attitude control system consisting of a momentum wheel and a reaction wheel. Control laws are designed for this system using modern control techniques. The observer based method produces a control scheme which achieves a good transient response.     

含扩张状态观测器的高超声速飞行器动态面姿态控制

针对高超声速飞行器复杂非线性、高不确定性和强通道耦合等特点,提出了一种飞行器姿态控制的非线性设计方法。根据高超声速飞行器无动力飞行的姿态运动方程组,给出一个可面向姿态控制的非线性设计模型。针对一类非线性系统,提出了一种基于扩张状态观测器（ESO）的动态逆设计方法,并通过动态面控制理论,将其应用于高超声速飞行器的三通道姿态控制中。仿真结果表明,相比基于传统动态逆的动态面控制方案,本文所提出的控制方案可以保证飞行器快速、精确地跟踪角位置指令,并且具备针对系统不确定性的强鲁棒性能。     

空间站的变结构鲁棒稳定控制

针对空间站的参数不确定性和环境干扰，提出将变结构控制技术应用于空间站姿态稳定控制系统的设计，所得闭环系统具有良好的动态特性和较强的鲁棒性，能够有效地克服各种不确定性因素和外界干扰的影响，同时控制器结构简单、工程易实现。     

挠性航天器控制系统的最优综合

本文研究了挠笥航天器控制系统的最优综合设计问题，给出了系统最优时控制律和执行机构与传感器配置应满足的非线性方程，而且在这一设计过程中通过使用特征值灵敏度约束，明显降低了控制系统对执行机构和传感器安全误差的敏感性，克服了轨迹敏感性约束和单纯使用特征值灵敏度指标的不足。     

状态/输入约束下飞-推一体化的保性能安全控制

基于飞行-推力一体化思想提出了一种针对搭载超燃冲压发动机的吸气式高超声速飞行器速度通道的状态/输入约束自适应鲁棒保性能安全控制方案。首先根据超燃冲压发动机的机理分析与计算流体动力模型数据，建立了安全子系统与性能子系统面向控制的仿射非线性模型。之后基于障碍Lyapunov理论与动态面设计方法设计了一套安全子系统状态约束控制器，从理论上保证了飞行器在跟踪指令的全过程中，发动机相关状态不会触碰安全边界，并结合自适应技术与辅助系统提高了该控制系统的鲁棒性。针对性能子系统设计了一套鲁棒自抗扰控制器，达到“保证安全的前提下不折损性能”的目的。仿真结果表明所设计的控制系统可以在保障安全的同时达到预想的性能，并显著放宽了超燃冲压发动机对飞行器飞行姿态的约束，保证了高超声速飞行器的机动灵活性。     

质量矩拦截弹的模糊滑模姿态控制系统设计

质量矩控制是一种全新的飞行控制方法，与广泛应用的空气动力控制相比，可以避免飞行器在超高马赫数飞行时舵面的气动加热问题，而且可以提高飞行器的机动性和敏捷性。以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础，通过对模型合理的简化，得到一个耦合的非线性动力学系统，考虑到系统的鲁棒性要求和三个滑块的协调控制问题，利用滑模控制设计了拦截弹大机动飞行时的姿态控制系统，同时采用模糊逻辑算法抑制系统的抖振现象。仿真结果表明系统性能指标满足设计要求，只需微调滑块位置，即可以实现拦截弹的姿态控制。